螺旋千斤顶作业机械设计课程设计大作业.doc

计算及说明
结果

螺旋千斤顶主要零件：螺杆、螺母、托杯、手柄和底座。
设计的原始数据：最大起重F=60KN、最大升起高度H=230mm。
螺旋千斤顶的设计步骤如下：

1. 螺杆的设计与计算：

（1）螺纹的牙型
选用矩形螺纹，采用内径对中，配合选H8/h8，在计算强度时不考虑螺纹的径向间隙。
（2） 螺杆的材料
选用Q255——《现代工程材料成型与机械制造基础》 孙康宁 P80
（3） 螺杆直径
螺杆工作时，同时受压力与扭矩的作用，因此它的计算可近似按紧螺纹栓联接的计算公式估算出螺纹内径，即：

查式中螺杆的屈服极限=255MPa，由于Q235是塑性材料，取安全因数n=2，得许用压应力=127.5MPa，取整数=130MPa。
——《材料力学》 王世斌 亢一澜 P19、P28
将上述数据带入得螺杆的直径为0.02764m，取=30mm。
根据经验公式，得P=7.5mm。
参考梯形螺纹标准，螺纹牙型高h=，得h=3.75mm。
d圆整为整数后，取=38-7.5=30.5mm。
（4） 自锁验算
在考虑众多因素后，实际应满足的自锁条件为：

由 n=1，p=7.5mm，==32.375mm
得tan=0.07373——《机械原理与机械设计》 张策 P38
当量摩擦角=arctan ，在有润滑油情况下=0.1，得=4.574
验证结束，左边小于右边，达到自锁条件。
——《机械原理与机械设计》 张策 P71
（5） 结构
手柄孔径根据手柄直径决定，。
根据后面手柄部分的计算得到=26mm，所以=26.5mm。
退刀槽的直径比小，取值为28mm。
退刀槽的宽度取为1.5P=11.25mm。
（6） 螺杆的强度校核
对Q235进行压应力校核，Q235许用弯曲应力=120MPa，从后面的计算中得到数值，如下公式：
<102MPa，符合该压力下的强度要求。

2. 螺母的设计与计算

（1）材料
螺母的材料选择Q23556.25mm
（2） 螺纹圈数Z与高度，螺母的圈数通常是根据螺纹牙间强度条件求出，即：
式中：螺纹中径=32.375mm，螺纹牙高度h=3.75mm
螺纹牙的强度计算
螺纹牙危险截面的抗剪强度条件为：=98MPa，得Z1.7
螺纹牙危险截面的抗弯强度条件为：=400MPa，得——《机械原理与机械设计》 张策 P81
对于矩形螺纹b=0.5P，在条件Z10的条件下，取Z=6。
考虑到退刀槽的影响，实际螺纹圈数为：=7.5
所以得到螺母的高度：=56.25mm。
（3） 螺母其他尺寸（如图）：

（4） 螺母与底座的配合
螺母压入底座上的孔内，圆柱面的配合采用H8/n7，为了方便安装，应在螺母下端和底座孔上端制出倒角，紧固螺钉的直径取M8。

3. 螺杆稳定性验算

计算螺杆柔度时，螺杆最大受压长度l可按将重物举到最大起升高度后，托杯底面到螺母中部的高度计算，即：

式中d为大径，d=34mm，得l=230+56.25/2+1.5X34=309mm
由稳定性验算公式——《材料力学》 王世斌 亢一澜 P117、248
查表得Q255的弹性模量E=200GPa，
由惯性矩公式I=，得I=1.192
式中为满足条件的轴向压力
将上述数据带入公式得，=2.456,满足条件，装置稳定。
4. 托杯的设计与计算

杯用来承托重物，此次计算选用碳钢Q235模煅制成，尺寸如图所示，为了使其与重物接触良好，防止重物滑动，在托杯表面制出切口和沟纹。直径的配合取H11/a11。
托杯的许用压强可取为，由此可确定托杯直径，即：

取=0.634.25=20.55mm，得68.1mm，取=70mm

5. 手柄设计与计算

（1） 材料
选用Q235
（2） 手柄长度
扳动手柄的转矩必须克服螺纹副的螺纹力矩和螺杆与托杯间的摩擦力矩，即：

式中K为一个工人加于手柄上的臂力，间歇工作时约为150~250N，这里取K=250N。

在加润滑油的情况下，摩擦系数=0.06
将以上的数据带入公式得0.71014m
手柄计算是螺杆中心到人手施力点的距离。考虑杆头尺寸及人手握的长度，手柄的实际长度还应该加上mm,最终得到千斤顶的手柄需要的长度为820mm。
（3） 手柄直径
把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定直径，其强度条件为：

式中为材料的许用弯曲应力，对于Q235手柄，=120MPa。
代入数据计算得25.8mm，取=26mm。
（4） 结构
手柄插入螺杆上端的孔中，为防止手柄从孔中滑出，在手柄两端应加上挡环（如图），并用螺钉或铆钉固定。

6. 底座设计

底座这里选用HT150，铸件壁厚选用=10mm。为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此，可按照1：5的锥度设计。
图中：
式中为底座下枕垫物的许用应力。对于木材，取=2MPa。
将以上数据带入公式得=232.53mm，最终取=240mm。
=95mm。
7.千斤顶的效率
由公式
带入数据得。

原始数据
F=60KN
H=230mm

配合选H8/h8

螺杆的材料选Q255

螺杆直径取30.5mm

符合自锁条件

退刀槽的宽度取11.25mm

螺杆的强度校核符合要求

螺母的材料选择Q235

螺母的高度56.25mm

螺杆在最大高度处稳定

托杯尺寸如图

手柄长度820mm

手柄直径26mm

底座尺寸如图

千斤顶效率